FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 33
-
ÖgeAssessing Added Value Of Wave Coupling For The Mediterranean Climate And Extremes In Regional Earth System Model Simulations(Institute of Science and Technology, 2020)The results of the thesis presents extensive information regarding the Mediterranean climate within the context of hydro-climate, local and remote precipitation moisture sources, climate extremes and importance of the air-sea interaction in such a unique region. Additionally, this study uses unprecedented and novel techniques to investigate the Mediterranean climate and its extremes, thereby is an introduction and/or reference for future studies.
-
ÖgeHava-Çevre Koşullarına Adaptif Yüzer Güneş Enerji Santrali Tasarımı Ve Uygulaması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim bütün dünyada hızla artmaktadır. Bu artışın temelinde iklim değişikliğine sebep olan karbon üretiminin ve çevresel kirleticilerin azaltılması yatmaktadır. Son yıllarda güneş enerjisi ve özellikle yüzer güneş enerjisi (YGES) ile ilgili uygulamaların beklentinin üzerinde gerçekleştiği görülmüştür. Buna ilaveten son on yılda PV modül fiyatları %90 civarında düşmüş olup güneş enerjisi sektörü yatırımcılara daha da cazip hale gelmiştir. Her geçen yıl kişi başı tüketilen elektrik miktarı artmaktadır, artan elektrik ihtiyacı, ada ülkelerinde tam manasıyla düzenli olarak karşılanamamaktadır, ana karadan elektrik hatlarının çekilmesinin ve idamesinin zorluğu, dizel jeneratörlerin maliyetli oluşu ve sürekli bakım ihtiyacı, bahsedilen fiyatlardaki düşüş ile YGES sistemlerini tercih sebebi yapabilecek şartları ortaya çıkarmaktadır. Karasal güneş enerji sistemlerinin büyük alanlar kaplaması ve bu toprak parçalarının uzun yıllar kullanılamaması da büyük bir handikaptır. Bununla beraber küresel ısınma dolayısıyla baraj ve tatlı su kaynaklarındaki suyu korumak da artık bir zorunluluk halini almaktadır. Fakat suyu korumak için yapılan çalışmalar doğal hayata ve özellikle su ekolojisine zarar vermemelidir. Bu çalışmadaki YGES, suyun hava ile ilişkisini kesmeden, yeterli miktarda güneş ışını alacak şekilde, doğal hayata ve göl ekolojisine zarar vermeden tasarlanıp, üretilmiştir. Dünyadaki çalışmalar incelendiğinde iki çeşit YGES tasarımı öne çıkmaktadır. Biri sadece duba üzerine monte edilen güneş panellerinden teşekkül eden sistemler diğeri ise güneş panellerinin metal konstrüksiyon tarafından taşınıp dubalar vasıtasıyla su üzerinde yüzen sistemlerdir. Bu tez çalışmasında metal konstrüksiyonlu sistem tasarımı tercih edilmiştir. Üç farklı şekilde tasarlanan YGES'ler hakkında detaylıca bilgiler verilmiş olup, Büyükçekmece Gölü gibi zor hava şartlarında ve dalga yükleri altında ne gibi problemler ile karşılaşıldığı ve bu problemlerin YGES'ler üzerindeki etkileri izah edildi. Bu tez çalışmasında ortaya konan tasarımların en önemli özelliği doğaya saygılı, çevreye en az etki eden, göl yüzeyi ile güneş irtibatını koparmayan, buharlaşmayı engellemeden azaltan, suyun doğal akışını en az şekilde etkileyen tasarımlar olmasıdır. Zorlu meteorolojik şartlar altında YGES uygulamalarına dünyada neredeyse hiç rastlanılmamaktadır. Genellikle rüzgârdan ve diğer çevresel etkilerden uzak alanlar tercih edilmiştir. O yüzden yıkıcı atmosferik şartların olduğu çalışmalar literatürde bulunmamaktadır. YGES bir nevi yüzlerce tekneyi her türlü hava ve deniz şartlarında birbirine çarpmadan bir arada tutmaya çalışmak esasına dayalıdır. Dünyanın birçok bölgesinde tasarlanan ve kurulan YGES projeleri ile bu tez çalışmasında sunulan tasarım arasındaki farklar dile getirildi. Rüzgâra bağlı olarak oluşan dalgaların yükseklikleri ve sistem üzerinde meydana gelen yükleri çeşitli yöntemlerle hesaplandı. Bu hesaplamalar sonucunda çok geniş bir aralıkta dalga yüklerinin oluştuğu ve bu yüklerin dengesiz bir dağılımda sisteme etkileri irdelendi. Göl yüzeyinde rüzgar kaynaklı meydana gelen dalgaların yükseklik tahmini dört farklı yöntemle 5-50 m/s rüzgar hızları için hesaplandı. Bu hesaplamalar sonu elde edilen değerlerin bir kısmı sahadaki gözlemlerle ki 1.5-3.0 m. Yüksekliğindeki dalgalarla uyumlu olduğu tespit edildi. Yine bu hesaplanan yirmi farklı dalga yükseklik değerleri ile yedi farklı yöntem kullanılarak rüzgar kaynaklı dalgaların sistem üzerinde etki eden yükleri hesaplandı. Çok geniş bir aralıkta elde edilen bu değerler net bir karar alınmasını zorlaştırmıştır. Yine literatürde olmayan insan eliyle göl zeminine müdahale edilmesi sonucu dalganın sistem üzerindeki dengesiz yük dağılımına sebep olması ve bunun durumun YGES'te yıkıma sebep olduğu gösterildi. İlk sistemde piyasada kolayca bulunabilen duba temel alınarak tasarlanan ve kurulan sistem, YGES'ler için özel bir duba tasarlanması gerektiğini öğretmiştir. Aynı zamanda dalga ile mücadele edebilmesi için hareketli bağlantılara sahip olması zaruriyeti ortaya çıkmıştır. İkinci sistemde ise YGES'e özel duba tasarlanmış ve bu duba aracılığıyla sistemin dalga ile beraber hareket etmesi sağlanmıştır. Sahada yapılan gözlemler göstermiştir ki bu hareket tek eksende olduğu için arzu edilen başarı sağlanamamıştır. Fakat çelik konstrüksiyon ile duba bağlantısını sağlayan "`kovan"' isimli parça ile yük aktarımı konusunda oldukça büyük tecrübe kazanılmıştır. Bu çalışmada detaylı bir şekilde YGES tasarımları, üretim aşamaları ve göl üzerindeki kurulum biçimi anlatıldı. Bu bağlamda, YGES hakkında çalışmaya başlayacak araştırmacılar için çok iyi bir rehber olacak şekilde elde edilen tecrübeler, sonuçlar aktarıldı. Zamanla dalgaların etkisiyle sistemde meydana gelen hasarlar hakkında bilgiler verildi. Ortaya çıkan problemler için üretilen çözümler paylaşıldı. Sistem bağlantıları için özel tasarım yay ve kauçuk parçalar kullanıldı. Sistemin zayıf noktaları ve bu zayıflıkların çözümü ile ilgili değerlendirmeler yapıldı. İlk iki YGES sisteminin saha gözlemleri sonucu elde edilen en önemli tecrübelerden biri de zemin etüdünün hassas bir şekilde yapılıp tonoz adedinin ve çıpalama sisteminin dikkatli hesaplanması ve tasarlanması gerektiği ortaya çıkmıştır. İlk iki YGES döneminde sistemi su üzerinde tutan dubaların su ile temas eden bölümlerinde deniz kabuğu oluşumu meydana gelmiştir. Bu durum sistem tasarımında önceden tahmin edilmediği için sistemin zamanla beklenenin üzerinde ağırlaşmasına sebep olmuştur. Buna ilaveten bu projedeki duba kalınlıkları 10 mm civarı olduğu için oluşan deniz kabukları dubaya zarar vermemiştir fakat daha ince dubaların zamanla bu oluşumdan olumsuz etkileneceği kanaatine varılmıştır. YGES çalışmalarında konstrüksiyona özel duba tasarlanmasının elzem olduğu görülmüş olup, tez boyunca iki farklı duba tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yapılan duba tasarımları birçok özelliği ile dünyada benzersizdir. Bu tezin asıl amacı zor hava şartlarına dayanabilecek, haşin dalgalar ile uyumlu hareket edebilen sürdürülebilir bir sistem tasarlamaktı. İlk iki tasarım ve kurulumdan sonra elde edilen tecrübe ile tasarlanan ve göle kurulan üçüncü ve son YGES ile tezin amacına ulaşılmıştır. Göl üzerinde 20 aylık gözlem neticesinde 3. sistem sahip olduğu esneklik ile dayanıklılığını ve sürdürülebilir olduğunu kanıtlamıştır. Dünya genelinde Büyükçekmece Gölündeki şartlara benzer başka şartlara sahip alanlara YGES kurulduğu yapılan literatür çalışmasında görülmemiştir. Genelde sakin sularda yapılan YGES projelerine karşı Büyükçekmece Gölünde kurulan bu sistem zor hava şartlarında dahi kullanılabilir olduğunu kanıtlamıştır. Böylece literatürde pek rastlanmayan zor hava şartlarında YGES'lerin davranışı ve durumu ile ilgili olan bilgi eksikliği bu tez ile bir miktar giderilmiştir. Saha çalışmaları sonucu elde edilen bilgi birikimi ve tecrübeyi aktarmak ve kullanılabilir bir yol haritası çizmek/ortaya koymak için birtakım kıstaslar sunulmuştur. Böylece araştırmacılar bu kuralları kullanarak haşin dalgaların olduğu bölgeler için sürdürülebilir YGES projelerini hayata geçirebileceklerdir. •Uygun maliyet, •Su üzerinde 3 boyutta da esnek hareket, •Dayanıklı ve esnek yapı, •Kolay kurulum, •Kolay ve uygun maliyetli nakliye, •Basitçe montaj, •Su üzerinde hızlı ve kolay bakım, YGES sistemleri göle yakın bir konumda kurulan karasal GES ile elektrik üretimi konusunda karşılaştırılmıştır. İlk 90 kWp'lik sistem KGES ile yakın üretim değerlerine sahip olsa da 30 kWp'lik son YGES sistemi düşük üretim değerlerine sahiptir. Sürekli dalgalı yüzeyin etkisiyle değişen panel açısı ve haşin dalgaların etkisiyle zarar gören elektrik bağlantıları düşük üretimin sebebi olduğu değerlendirilmiştir. 90 kWp'lik YGES ile Mayıs 2017 için üretilen toplam elektrik miktarı 1974 kWh iken KGES için 1985 kWh ölçülmüştür. Haziran 2017 için KGES 5211 kWh elektrik üretimi kaydedilmişken YGES2te bu değer 5202 kWh'tır. 30 kWh'lık inovatif sistemde ise 200 saatlik ortak üretim karşılaştırıldığında KGES 365 kWh üretim yapmışken YGES ise bu değer 309 kWh olarak ölçülmüştür. Göl üzerine kurulan üç sistem maliyetleri incelendiğinde karasal güneş enerji santrallerine oranla daha pahalıdır. Bunun en önemli sebebi bu sistemlerin AR-GE projesi olması ve seri üretim seviyesine gelmemiş olmasıdır. Fakat hiçbir toprak yüzeyini işgal etmemesi ve buharlaşmayı azaltarak içme suyunu koruması YGES'lerin tercih edilmesine sebep olacaktır. Bu tez sadece kavramsal olarak kalmayıp daha ziyade sahadan elde edilen bilgi, birikim ve tecrübe kullanılarak ortaya çıkmıştır. Bahsedilen tasarımlarda temel şartlar çevreye zarar vermeden doğa dostu bir YGES ortaya koymaktı. Bu yüzden YGES'in maksimum güneş alacağı, buharlaşmayı engellemeden azaltan bir yapıda, suyun doğal akışını en düşük oranda etkileyecek şekilde ve su yüzeyine yeteri kadar güneş ışınımı gelmesini sağlayan yenilikçi bir yüzer güneş enerji santrali ortaya çıktı-üretildi. Gelecekte dalgalı bölgelerde yapılacak YGES projeleri üzerine çalışacak araştırmacılar ve bilim adamları bu tezde sunulan bilgileri kullanarak kendi projelerini ilerletebilecek ve literatüre katkıda bulunacaklardır.
-
ÖgeTrakya'da Su Ayak İzinin Tarımsal Ekosistemde Belirlenmesi Ve Modellenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020)Günümüzün en önemli çevresel problemi olan iklim değişikliği ile mücadelede mevcut durumun belirlenmesi üzerine birçok farklı alanda çalışmalar sürdürülmektedir. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli'nin (IPCC) oluşturulmasıyla ve iklim değişikliği ile mücadele kapsamında 7'şer yıllık dönemlerde değerlendirme raporları yayınlanmaktadır. 2013 yılında yayınlanan sonuncu 5. Değerlendirme Raporunda (AR5) belirtildiği üzere ilerleyen dönemlerde deniz seviyesinin yükselmesi, hava sıcaklıklarının artması, yağış miktarının düzensizleşmesi, kuraklığın şiddetlenmesi ve ekstrem hava olaylarında artış beklenmektedir. Ülkemizin de bulunduğu Akdeniz Havzasında ise iklim değişikliği etkilerinin önemli miktarda gıda, hayvancılık, turizm, sigortacılık vb. birçok farklı sektör üzerinde baskı oluşturacağı belirtilmektedir. Son yıllarda tarım sektörünün iklim değişikliğine uyum araştırmaları ile ilgili önemli çalışmalar yapılmıştır. Su ayak izi (SAİ) kavramı, 2002 yılında ortaya konulan bir göstergedir. Günümüze kadar farklı sektörlerde farklı yaklaşımlarla SAİ belirlenmesi ile ilgili oldukça fazla çalışma bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında da Türkiye'deki tarım sektörünün önemli alanlardan Trakya'da yaygın olarak yetiştiriciliği yapılan ayçiçeği ve kışlık buğday bitkilerinin SAİ miktarları 2014-2018 yılları arasındaki arazi ölçümlerinden yararlanılarak hesaplanmıştır. Bitkiler için SAİ miktarı hesaplanırken uluslararası kabul görmüş AquaCrop, DSSAT ve WOFOST bitki gelişimi simülasyonu modelleri ve arazi ölçümlerinin kullanıldığı toprak su dengesi yöntemi kullanılmıştır. Kullanılan bu üç model, 2014-2018 yılları arasında ayçiçeği ve kışlık buğday bitkilerinin gelişim gösterdiği yıllardaki meteorolojik, bitki ve toprak verileri kullanılarak bitki verimlerine göre kalibre edilmiştir. Kalibrasyon işlemi tamamlandıktan sonra bitki SAİ miktarlarının hesaplanması için modellerin kabullerine göre hesaplanan gerçek evapotranspirasyon (ET) değerleri ve efektif yağış (Peff) miktarı arasındaki bağıntılar ve verim değerleri kullanılarak kuru koşullarda yetiştirilen ayçiçeği ve kışlık buğday bitkilerinin SAİ değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca meteorolojik ve toprak su içeriği verileri toprak su dengesi yöntemi kullanılarak gerçek ET hesaplanmış olup SAİ değerleri arazi ölçümleri ile hesaplanmıştır ve modeller ile karşılaştırılmıştır. Modellerin kalibrasyon işlemlerinin tamamlanmasıyla birlikte bu modellerin meteorolojik faktörlerdeki değişimlerin bitki verim ve SAİ miktarları üzerindeki değişimlerinin belirlenmesi için hassasiyet analizi yapılmıştır. Trakya'da iklim değişikliğinin etkilerinin tarımsal ekosistemde belirlenebilmesi için öncelikle 2099 yılına kadar HadGEM2-ES modeli tarafından üretilmiş ve HIRHAM5 bölgesel iklim modeli ile istatistiksel olarak altölçeklendirilmiş 0.11° (~12.5 km) yatay çözünürlüğüne sahip EURO-CORDEX verileri iyimser (RCP 4.5) ve kötümser (RCP 8.5) senaryolar için edilmiştir. Modeller tarafından 1971-2099 yılları arası için günlük olarak üretilen bu verilerin bölgenin durumunu temsil edebilmesi için yanlılık (bias) düzeltmesi uygulanması gerekmektedir. Bunun için 1971-2000 yılları arasındaki model ve ölçüm verileri karşılaştırılıp elde edilen farklılıkların ilerideki verilere uygulanması esasına dayanmaktadır. Model verilerinin düzeltilmesi için birçok farklı yöntem bulunmaktadır. Maksimum, minimum ve ortalama sıcaklık verilerinin düzeltilmesi mevsimsel ortalama yanlılık düzeltmesi; yağış, bağıl nem, rüzgar şiddeti, global radyasyon değişkenleri için kantil haritalama yöntemi kullanılmıştır. Trakya'da uzun dönem ölçüm yapan 9 farklı istasyon tarafından ölçülen günlük veriler Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilerek CORDEX verilerinin düzeltilmesinde kullanılmıştır. Düzeltilmiş veriler ile bölgenin sıcaklık, yağış vb. meteorolojik değişkenlerin ileriye yönelik durumları ayçiçeği ve kışlık buğday bitkilerinin gelişme dönemleri için belirlenmiştir. Ayçiçeği bitkisinin gelişim gösterdiği aylarda bölge genelindeki ortalama sıcaklık değişimi RCP 4.5 ve 8.5 senaryolarında sırasıyla 4.1°C ve 6.9°C miktarında artmıştır. Yağış miktarındaki değişim ise RCP 4.5 ve 8.5 senaryolarında sırasıyla %19.9 ve %53.1 oranında azalacağı hesaplanmıştır. Kışlık buğday bitkisinin gelişim gösterdiği aylardaki bölgedeki ortalama sıcaklık değişimi RCP 4.5 ve 8.5 senaryolarında sırasıyla 3.3°C ve 6.2°C miktarında artmıştır. Yağış miktarındaki değişimi ise RCP 4.5 senaryosunda %15.1 artış; RCP 8.5 senaryosunda %16.7 azaldığı hesaplanmıştır. Model kalibrasyonunun yapıldığı Edirne, Kırklareli ve Tekirdağ illerindeki RCP 4.5 ve 8.5 senaryoların için elde edilen zaman serileri AquaCrop, DSSAT ve WOFOST modellerinde ayçiçeği ve kışlık buğday bitkileri için simülasyonlar yapılmıştır. Ayrıca, bu simülasyonlar yapılırken her yıldaki RCP 4.5 ve 8.5 senaryoları için belirlenmiş CO2 konsantrasyon miktarları modellere girilmiştir. Ayçiçeği bitkisi için RCP 4.5 senaryosuna göre çalıştırılan modellerin sonuçlarına göre 2099 yılına kadar verim ve SAİ miktarındaki değişim AquaCrop modelinde %14.3 ve %26.6; DSSAT'ta %15.6 ve %30.8 azaldığı; WOFOST'ta ise %25.9 azaldığı ve %7.6 oranında arttığı tahmin edilmiştir. RCP 8.5 senaryosundaki verim miktarı ise AquaCrop, DSSAT ve WOFOST modellerinde sırasıyla %10.1, %18.6 ve %35.6 oranında azaldığı; SAİ miktarı ise %61.2, %62.1 ve %38.5 oranında azaldığı belirlenmiştir. Buğday bitkisinin RCP 4.5 ve 8.5 senaryoları verim miktarındaki değişim AquaCrop'ta %18.3 ve %27.7 arttığı; DSSAT'ta %17.3 ve %20.6 azaldığı; WOFOST'ta %9.4 arttığı ve %2.0 azaldığı hesaplanmıştır. SAİ değişimi ise AquaCrop'ta %63.4 ve %75.7 azaldığı; DSSAT'ta %26.8 arttığı ve %25.9 azaldığı; WOFOST'ta %24.5 ve %50.1 azaldığı hesaplanmıştır. Bu simülasyonların yanında Trakya'daki kuraklık durumunun belirlenebilmesi için yaygın olarak kullanılan SPEI, PDSI ve sc-PDSI indeksleri ile 2020 yılından 2099 yılına kadar ayçiçeği ve buğday bitkilerinin gelişim gösterdiği dönemlerdeki değerleri hesaplanmıştır. SPEI indekslerinin ileriye yönelik durumu ayçiçeği bitkisinin gelişim gösterdiği aylarda RCP 4.5 senaryosuna göre 3, 6, 9 ve 12 aylık hesaplamalarındaki kuraklık durumu normal civarı olarak belirlenmiştir. Bu durum RCP 8.5 senaryosunda da normal civarı olarak hesaplanmıştır. SPEI indeksinin buğday bitkisinin gelişim gösterdiği aylarda RCP 4.5 ve 8.5 senaryoları için 3, 6, 9 ve 12 aylık hesaplamalarındaki kuraklık durumu normal civarı olarak değerlendirilmektedir. Sc-PDSI indeksinin ileriye yönelik durumu ayçiçeği bitkisinin gelişim gösterdiği aylarda RCP 4.5 ve 8.5 senaryoları için normal civarı ve biraz kurak olarak hesaplanmıştır. Buğday bitkisinin gelişim gösterdiği aylarda RCP 4.5 ve 8.5 senaryoları için dönemsel ortalamalarında normal civarı olarak belirlenmiştir.
-
ÖgePerez Dış Ortam Gün Işığı Aydınlık Modelinin Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) Temelinde Geliştirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018)Günümüzde, aydınlatmadan havalandırmaya, cep telefonlarından bilgisayarlara ve evlerden fabrikalara kadar kullandığımız cihazlar için elektrik enerjisi gerekmektedir. Başka bir ifadeyle, hayatımızda elektrik enerjisi vazgeçilmezdir. Enerji üretimi çoğunlukla fosil yakıt yanması ile elde edilmektedir. Bununla birlikte, fosil yakıtların yakılması, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan CO2, SO2 ve NO2 emisyonlarını arttırmaktadır. Fosil yakıtların olumsuz etkilerinden dolayı, enerji tüketiminde tasarruf sağlamak ve üretim için doğal enerji kaynaklarını kullanmak daha büyük önem kazanmıştır. Güneş tüm canlılar için temel, sınırsız ve en önemlisi en doğal kaynaktır. Gün ışığı ile aydınlatma, konforlu ve yüksek yaşam standartlarının sağlanması için en önemli parametrelerden biridir. Özellikle aydınlatma mühendisleri şehirlerdeki dış ortam koşullarını iyi bilmelidir. Bunun yanında binalardaki elektrik tüketimleri de önemli bir oranı oluşturmaktadır. Yapılarda doğal aydınlatma yerine, genellikle yapay aydınlatma araçları kullanılmakta ve bu durum çok daha fazla elektrik tüketimine neden olmaktadır. Doğal aydınlatma teknolojilerinin geliştirilmesi enerji tasarrufu sağlayacak ve ek katkı olarak insan yaşamına uygun olan sağlıklı koşulların oluşmasını sağlayacaktır. Son zamanlarda doğal gün ışığı birçok bina ve ilgili yapılara uygulanmaktadır. Gün ışığı aydınlık düzeyleri sadece bina tasarımcıları için değil aynı zamanda enerji analizi ile ilgili çalışan herkes için önemlidir. Genellikle meteoroloji birimleri tarafından global güneş radyasyonu ölçümleri rutin olarak yapılmaktadır. Global güneş radyasyonunun bilinmesinin gerekli olduğu kadar aydınlık düzeylerine de ihtiyaç bulunmaktadır. Dünyada ve özellikle ülkemizde malesef yeteri kadar aydınlık düzeyi ölçümü bulunmamaktadır. Dolayısıyla uygulamada bu eksiklik yeterince giderilememektedir. Bu çalışmada, bahsedilen açığın giderilmesi amaçlanarak İstanbul geneli için aydınlık düzeyi kestirimi yapılmıştır. Çalışma 2015-2017 yılları arasında İstanbul'da ölçülen yatay global gün ışığı aydınlık düzeyi verilerini ve İstanbul ve çevresinde ölçülen yatay global güneş ışınımı verilerini incelemektedir. Bu kapsamda ilk aşama olarak İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) meteoroloji gözlem parkına aydınlık düzeyi ölçüm sensörü kurulmuştur. Kurulan aydınlık düzeyi ölçüm sensörü ile birlikte aynı istasyonda daha önceden kurulmuş olan piranometreden eş zamanlı alınan güneş ışınımı ölçümleri değerlendirilmiştir. Sonraki aşamada, İTÜ istasyonu referans alınarak, İstanbul ve çevresinde yer alan 7 istasyonda daha güneş ışınımı ölçümleri yapılmış ve belirlilik katsayısına bağlı olarak aralarındaki bağlantılar ilişkilendirilmiştir. Tüm istasyonlarda ölçülen global güneş ışınımı ve İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri arasında, R2 değerinin zaman zaman 1.0 a yaklaştığı bir ilişki bulunmaktadır. Sonuçlardan yansıyan bu güçlü korelasyon, diğer istasyonlarda ölçülen güneş ışınımı değerlerinin İTÜ'de yapılan aydınlık düzeyi ölçümleriyle karşılaştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bir sonraki adımda, bulunan ilişkiler esas alınmak suretiyle, İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri kullanılarak diğer istasyonlar için aydınlık düzeyi değeri hesaplanmaya çalışılmıştır. Ölçüm alınan bölgede veya bölgeden uzak olan alanlar için güneş radyasyonu değerleri Kriging ile interpolasyona tabi tutulmuştur. Bulunan sonuçlar itibari ile İstanbul geneli ve çevresi için aydınlık haritaları oluşturulmuştur. Özellikle İstanbul'un güney kısımlarında gün ışığının makul seviyelerde olduğu değerlendirilmektedir. Sonuç olarak, güneş ışınımı ile dış aydınlık düzeyleri arasında oldukça yüksek bir ilişki vardır. Dolayısıyla güneş ışınımına bağlı olarak aydınlık düzeyi hesabı yapılabilecektir. Günümüzde dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi bilgisi dünyada birçok ülke tarafından araştırılmaktadır. Bunun için uluslararası gün ışığı ölçüm programı çalışmaları yapılmış ve birçok araştırmacı tarafından gün ışığı aydınlık düzeyi modelleri geliştirilmiştir. Bugüne kadar birçok aydınlık düzeyi modeli geliştirilmesine karşın günümüzde en çok bilinen ve sıklıkla referans alınan modellerden biri olan Perez ve ark. tarafından geliştirilmiş aydınlık düzeyi modeli oldukça başarılı bulunmaktadır. Çalışmanın diğer bir adımında, ölçümü yapılan aydınlık düzeyi verileri ile Perez model sonuçları karşılaştırılmış ve ilk bakışta uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Hesaplanan istatistiksel hata sonuçlarında ise başarılı bir modelden beklenenden daha yüksek hata değerleri elde edilmiştir. Bunun için ölçüm değerleriyle gayet uyumlu olan bu model, birtakım iyileştirmeler vasıtasıyla geliştirilmiştir. Meteorolojik değişkenlerden biri olan yağışa geçebilir subuharı miktarının bilinmesi, dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplamaları için önemli bir adımı oluşturmaktadır. Yukarıda bahsedildiği üzere literatürde en çok kullanılan modellerden biri olan Perez gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplama modelinde temel olarak dört atmosferik değişkenden biri olarak yağışa geçebilir subuharı miktarı kullanılmaktadır. Modelde kullanılan yağışa geçebilir subuharı ifadesi yerine daha önce yapılan bir çalışmada İstanbul için özel olarak türetilmiş olan denklem kullanılmıştır. Bu sayede model bölgeye özgü hale getirilebilmiş ve ölçümlere daha yakın sonuçlar elde edilmiştir. Bunun yanında Perez aydınlık modelinde hesaplanan gökyüzü açıklığı ε ifadesinin aldığı değerlere göre gökyüzü kapalılık oranı sekiz kategoride incelenmiştir. Bu ayrık sınıflandırma sonucunda belirlenen modelde kullanılan katsayıların da yine bir sınıftan diğerine atlarken önceki ve sonraki aldığı değer arasında herhangi bir geçiş söz konusu olmamaktadır. Tez çalışmasında aradaki keskin sınıf geçişlerini yumuşatmak için bulanık mantık temelli bir yapay zeka yöntemi olan Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive-Network Based Fuzzy Inference Systems- ANFIS) yaklaşımı benimsenmiştir. Sonuçta Perez modelinde kullanılan sabit katsayılar yerine, her sınıfta komşuluk ağırlığına göre değişen katsayılar hesaplanmış ve süreklilik konseptini içeren bir bulanık model oluşturulmuştur. Son olarak Perez modelinde kullanılan sekiz ayrık sınıfa alternatif 15, 7 ve 3 sınıflı bulanık modeller ve yine 4 ve 2 ayrık sınıflı bulanık olmayan (klasik) modeller oluşturulmuştur. Bununla birlikte sabit katsayılı ve sabit sınıflı olarak oluşturulan klasik Perez modeli yerine alternatif modellerden istenilenin kulllanılması seçeneği öne çıkmıştır. Tüm modellerden elde edilen sonuçlar, ölçüm değerleri ve klasik Perez ile karşılaştırılmış ve model hatalarına göre değerlendirmeler yapılmıştır. Hata karşılaştırmasında istatistikte en çok kullanılan Yüzde Bağıl Hata (Percentage Relative Error, RE), Yüzde Karesel Ortalama Hatanın Karekökü (Percentage Root Mean Square Error, RMSE) ve Yüzde Ortalama Sapma Hatası (Percentage Mean Bias Error, MBE) değerleri karşılaştırılmıştır. Bunlara ek olarak, hesaplanan sonuçları değerlendirmede "yakalama olasılığı" (probability of detection, POD) ve "yanlış uyarı oranı" (false alarm ratio, FAR) istatistiksel yaklaşımları da kullanılmıştır. Modele yapılan katkılar, olumlu sonuçlar elde edilmesini sağlamıştır. Günümüzde enerji verimliliği konusu oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmanın özellikle enerji verimliliği ve gün ışığı tasarımı konularıyla ilgilenen araştırmacılar için faydalı olacağı düşünülmektedir. Tezde önerilen metot ile ülkemiz menfaatine olarak günümüzde yapılmak istenen enerji tasarrufuna katkı sağlanacaktır.
-
ÖgeInfluences Of Atmospheric Blocking Over Turkey: Climatological Analysis(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)Bir bölgede görülen meteorolojik koşulların belirli bir süreden daha fazla gözlemlenmesine sebep olan olaya engelleme denir. Atmosferik engelleme eğer kış aylarında meydana gelirse, çok düşük sıcaklıklara, kuvvetli kar yağışına sebep olurken ilkbahar ya da yaz aylarında görülürse yüksek sıcaklıklara ve kuraklığa sebep olabilir. Engelleme olayına bu ismin verilmesinin sebebi yukarı seviyede oluşan jeti engellemesidir. 300 mb. ve daha yukarı seviyedeki 60 knot veya daha fazla şiddete sahip rüzgârlara jet denir. Jetler kuzey yarımkürede ve güney yarımkürede batıdan doğuya doğru eserler kısaca yukarı seviye rüzgârları batılıdır. Fakat herhangi bir bölgede, yer seviyesinde bir yüksek basınç merkezinin bulunması durumunda yukarı seviyedeki rüzgarlar yüksek basınç merkezinin bulunduğu bu bölgeye girememekte, zonal (batı doğu doğrultusunda) olan yukarı seviye rüzgarları meridyonel (kuzey – güney doğrultusunda) hale gelmekte bazen de doğudan batıya doğru (retrograt hareket) esmektedirler. Yüksek basınç sisteminin belirli bir yerde uzun süre (5 gün ve daha fazla) kalması durumuna engelleme olayı denilmektedir. Engelleme olayının seçilmesinin sebebi, olayın hem hava şartlarına hem de insanlar, canlılar ve çevre üzerine etkilerinin kuvvetli olmasıdır. Örnek vermek gerekirse 2010 yılı Haziran ve Ağustos ayları arasında Rusya'yı etkileyen engelleme olayında, orman yangınları artmış, hava kalitesinin düşmesinden ve yüksek sıcaklıklardan dolayı Moskova'da ölüm oranları 700 kişi/gün ile ortalama değerinin iki katına çıkmıştır Yine aynı dönemde, Moskova'da son 130 yılın en yüksek sıcaklık değeri (37.8 oC) ölçülmüştür. Engelleme ile ilgili ilk çalışma, 1900lü yılların başında yapılmış olup, 1940'lı yıllarda engellemenin bölgesel iklimler üzerine etkileri ile ilgili birkaç çalışma yapılmıştır. İkinci Dünya Savaşı sonrasında yukarı seviye verilerinin temininin artması ile yukarı seviye haritaları çizilmeye başlamıştır ve engelleme ile ilgili çalışmaların sayısı artmıştır. İlk çalışmalarda, öznel olarak yapılan engelleme tanımları, sonraları engelleme tespitini bilgisayarlar ile kolaylıkla yapabilmek için daha nesnel hale getirilmeye çalışılmıştır. Engelleme olayı, araştırmacılar tarafından farklı yaklaşımlarla (dinamik, klimatolojik) hem oluştuğu bölgedeki etkilerini hem de uzaktaki bölgelerdeki etkilerini gözönünde bulunduracak şekilde incelenmiştir. Bu çalışmalardan bir kısmı engellemenin klimatolojik özellikleri, engelleme tespit yöntemleri, engellemenin tahmin edilmesi gibi konulara yoğunlaşırken bir kısmı da engellemenin meteorolojik değişkenler üzerine etkisi üzerine araştırmalar yapmıştır. Atmosferik engelleme ile meteorolojik değişkenler arasındaki ilişki Türkiye için şimdiye kadar detaylı bir şekilde incelenmemiştir. Bu çalışmanın amacı atmosferik engelleme olayı ile sıcaklık anomalisi, ortalama yağış sıklığı ve uç sıcaklık değişkenleri arasındaki ilişkiyi ortaya koymaktır. Bu çalışmada 1977 ve 2016 yılları arasındaki dönem için atmosferik engelleme olayı ile meteorolojik değişkenler arasındaki ilişki incelenmiştir. Kullanılan sıcaklık, yağış, maksimum ve minimum sıcaklık verileri Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden belirtilen periyot için alınmıştır. Çalışmada sadece belirtilen aralık için tam veri sayısına sahip olan 77 istasyon kullanılmıştır. Atmosferik engelleme olayının tespit edilmesi için gerekli olan 500 hPa jeopotansiyel yükseklik verisi ise National Center for Environmental Protection (NCEP) – National Center for Atmospheric Research (NCAR) Reanalysis 1 veri setinden alınmıştır. Bu veri seti 2.5o x 2.5o mekansal (enlem - boylam) çözünürlüğe sahiptir. NCEP – NCAR Reanalysis 1 veri seti hem yer seviyesi için hem de çeşitli basınç seviyeleri için çok sayıda değişkeni içermektedir. NCEP – NCAR 500 hPa verisi araştırmacılar tarafından engelleme tespitinde sıklıkla kullanılan bir veri setidir. Engelleme tespiti için kullanılan bölge 20o Batı - 90o Doğu boylamları ve 30o Kuzey - 90o Kuzey enlemleri arasında kalan bölgedir. Bu bölgede oluşan engelleme olayları Türkiye'yi etkileyebileceği için bu bölge seçilmiştir. İncelenen zaman diliminde atmosferik engellemenin özellikleri çalışma alanı için hesaplanmıştır. Buna göre ortalama engelleme şiddeti mevsimlere göre ayrı ayrı değerlendirildiğinde minimum değer 1.91 ile yaz mevsimine ait iken, maksimum değer 2.65 ile kış mevsimine aittir. İlkbahar ve sonbahar için ortalama engelleme şiddeti değerleri ise sırası ile 2.31 ve 2.36'dır. Bütün engelleme olaylarının ortalama şiddeti ise, 2.41'dir. Engelleme olaylarının ortalama süresinin en yüksek olduğu mevsimler 9.2 gün ile kış ve ilkbahar mevsimleridir. Yaz ve sonbahar mevsimlerinde gözlemlenen engelleme olaylarının ortalama süresi ise sırasıyla 8.4 ve 8.1 olup, bu değer tüm veri için 8.8 gündür. Çalışma bölgesindeki ortalama engelleme sayısı 3.9 ile en yüksek ilkbahar mevsiminde iken kış, yaz ve sonbahar mevsimlerindeki ortalama engelleme sayısı, sırasıyla 2.7, 2.5 ve 2.6'dır. Yıllık ortalama engelleme sayısı ise 11.7 olarak hesaplanmıştır. Engelleme olaylarının boylamsal uzunluğu incelendiğinde kış mevsiminin ortalama 29 boylam ile en yüksek değere sahip olduğu görülmüştür. En küçük değer ise 25 boylam ile yaz ve sonbaharda görülmüştür. İlkbahar mevsimindeki engelleme olaylarının ortalama boylamsal uzunluğu 27 boylam olup, bu değer tüm veri için 28 gündür. Sıcaklık anomalisi incelenen ilk parametre olup, her bir istasyon için kendisine ait verilerden, bulunduğu mevsimdeki verilerin ortalaması çıkarılacak hesaplanmıştır. Mevsimsel ortalama sıcaklık anomalisi değerleri bütün istasyonlar göz önüne alındığında, -2.1o C ile 0.8o C değerleri arasında değişmektedir. Bütün istasyonların mevsimsel değişimi incelendiğinde 4 tane temel örüntü görülmektedir. Birinci örüntü, kış mevsiminde minimum anomali değeri (negatif değerlerde), ilkbaharda artarak 0'a yaklaşan anomali, yazın ilkbahara göre hafifçe artan ya da azalan anomali değeri ve son olarak ani bir şekilde negatif değerlere düşen anomali olarak tanımlanabilir. Bu örüntü daha çok Karadeniz, Marmara ve Ege kıyılarında görülmüştür. İkinci örüntü, soğuk mevsimlerde neredeyse aynı negatif anomali değerleri, sıcak mevsimlerde ise 0 oC civarında anomali ile ifade edilebilir. Bu örüntü, İç Anadolu Bölgesi'nde ve Karadeniz Bölgesi'nin iç kesimlerinde daha çok görülmektedir. Üçüncü örüntü, kış mevsiminde negatif anomali, ilkbaharda +0.5 oC'ye yükselen pozitif anomali ve yaz ile sonbaharda tekrar negatife düşen anomali değerleri ile tarif edilebilir. Bu örüntü, daha çok Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nin güneyindeki şehirlerde görülmektedir. Son örüntü ise ilkbaharda 0 oC civarında pozitif anomali, diğer mevsimlerde ise aynı büyüklüğe sahip negatif anomali değerleri ile ifade edilebilir. Bu örüntü ise daha çok Marmara Bölgesi'nde ve Ege Bölgesi'nin güneyinde görülmektedir. Engelleme olan günler ile engelleme olmayan günlerdeki sıcaklık anomalisi değerleri arasındaki fark eğrisi bütün durumlarda engellemeli günlere ait eğriye benzer bir durum sergilemektedir. Bu ise engelleme olaylarının incelenen dönemin sadece %30'unda görülmesine rağmen yüzey sıcaklıkları üzerindeki etkisini göstermektedir. Ortalama mevsimsel anomalilerin engelleme olan günlerdeki yersel dağılımını incelediğimiz zaman kış (Aralık, Ocak ve Şubat ayları) ve sonbahar (Eylül, Ekim ve Kasım ayları) mevsiminde nerede ise bütün istasyonların negatif anomali değerlerine sahip olduğu görülmektedir. İlkbahar (Mart, Nisan ve Mayıs ayları) ve yaz (Haziran, Temmuz ve Ağustos ayları) mevsimlerinde engellemeli günlerdeki ortalama mevsimsel anomali değerleri ise o0 civarındadır. Kuvvetli anomali olan günlerdeki birleşik (kompozit) 500 hPa ve 850 hPa haritaları incelendiğinde, negatif anomaliye sahip engelleme olaylarında Türkiye'nin batı bölgelerinin kuvvetli soğuk hava adveksiyonundan etkilendiği görülürken, pozitif anomaliye sahip engelleme olaylarında Türkiye'nin doğu bölgelerinin kuvvetli sıcak hava adveksiyonundan etkilendiği görülmektedir. Engelleme olayının çeşitli özellikleri ile Türkiye için ortalama sıcaklık anomalisi arasındaki ilişki de incelenmiştir. Engelleme şiddeti ile ortalama sıcaklık anomalisi arasında ilkbahar hariç %95 anlamlılık seviyesinde negatif ilişki bulunmuştur. Engelleme süresi ve engellemenin boylamsal genişliği ile ortalama sıcaklık arasında kış mevsimi hariç anlamlı bir ilişki bulunamamıştır. Kış aylarında bu iki parametre ile ortalama sıcaklık anomalisi arasında %95 anlamlılık seviyesinde zayıf negatif bir ilişki bulunmuştur. İstasyonların engelleme olan günlerdeki ortalama sıcaklık anomalisi mevsimsel olarak incelendiğinde, çok kuvvetli pozitif sıcaklık anomalilerinin çok nadir gözlendiği görülmüştür. Hatta yaz ve sonbahar mevsimlerinde hiç bir istasyonda çok kuvvetli pozitif anomaliler gözlemlenmemiştir. Türkiye'nin kuzey bölgelerinde kuvvetli ve çok kuvvetli negatif sıcaklık anomalileri bütün mevsimlerde gözlenmiştir. Bu bölge engellemenin antisiklonik kısmının sağ kanadında bulunmakta olup soğuk hava adveksiyonundan en çok etkilenen bölgedir. Ülkenin batı bölgelerinde, çok kuvvetli, kuvvetli ve mutedil negatif sıcaklık anomalileri gözlemlenirken, orta kesimlerde daha çok mutedil negatif anomaliler gözlemlenmektedir. Ülkenin doğu bölümünde ise mutedil sıcaklık anomalileri gözlemlenmektedir. Çok kuvvetli pozitif ve negatif anomaliye sahip engelleme olaylarının 500 hPa haritalarının analizi sonucu, her iki olayda da Rex tipi engelleme olayının gözlemlendiği görülmüştür. Bununla birlikte iki engelleme olayının konumları birbirinden farklıdır. İncelenen ikinci meteorolojik parametre ise yağıştır. Yağış ile atmosferik engelleme arasındaki ilişki, ortalama yağış sıklığı ile ifade edilmiştir. Yağış sıklığı belirtilen bir olayın kapsadığı zamanda, yağışlı günlerin toplam günlere olan oranı şeklinde tanımlanmıştır. Ortalama yağış sıklığı ise, yağış sıklığının belirtilen dönem için ortalaması alınarak elde edilmiştir. Ortalama yağış sıklığı bütün veri için engelleme olan günlerde 0.15 ile 0.43 arasında değişirken, engelleme olmayan günlerde 0.12 ile 0.38 arasında değişmektedir. Bütün veri için engelleme olan günlerdeki ortalama yağış sıklığı, engelleme olmayan günlerdeki yağış sıklığına göre %12 ile %38 arasındaki değerlerde artış göstermektedir. Ortalama yağış sıklığı mevsimsel olarak incelendiğinde, kış mevsiminde, engellemeli günlerde ülkemizdeki istasyonların daha büyük ortalama yağış sıklığı değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Engelleme olan günlerdeki ortalama yağış sıklığı, engelleme olmayan günlerdeki yağış sıklığına göre her mevsimde artış göstermektedir. Bu artış en fazla yaz mevsiminde olmaktadır. Bunun sebebi ise yaz mevsiminde hem engelleme olan günlerdeki hem de olmayan günlerdeki ortalama yağış sıklığı değerlerinin küçük olmasıdır. Engelleme olayının özellikleri ile ortalama yağış sıklığı arasındaki ilişki incelendiğinde, en büyük ortalama yağış sıklığı değerlerinin, engelleme olayı 0o – 30o Doğu boylamları arasındaki bölgede gerçekleştiği zaman elde edildiği sonucuna varılmıştır. Engelleme olayının bu bölgede gerçekleştiği durumlarda ortalama yağış sıklığı değerinin ortalaması 0.27 olup en küçük ve en büyük değerler sırası ile 0.17 ve 0.51'dir. Engelleme şiddeti ile ortalama yağış sıklığı arasında yaz ve sonbahar mevsimlerinde pozitif bir ilişki vardır. Her iki mevsimdeki ilişki %95 anlamlılık seviyesinde olup yaz için korelasyon katsayısı 0.35, sonbahar için ise 0.43'tür. Engellemenin boylamsal uzunluğu ile ortalama yağış sıklığı arasında yine yaz ve sonbahar mevsimlerinde %95 seviyesinde pozitif bir ilişki olup korelasyon katsayısı değerleri sırası ile 0.29 ve 0.25'tir. Engelleme süresi ile ortalama yağış sıklığı arasında hiç bir mevsimde bir ilişki bulunamamıştır. Her bir mevsimdeki en yüksek ve en düşük ortalama yağış sıklığına sahip engelleme olayları incelendiğinde, en yüksek ortalama yağış sıklığına sahip olaylarda batılı akışlar sayesinde Türkiye'ye nem adveksiyonu olduğu görülmektedir. Yağış sıklığı için son olarak bir durum çalışması yapılmış ve en yüksek ortalama yağış sıklığına sahip olan olay incelenmiştir. Bu engelleme olayı 31 Ekim ile 5 Kasım 2009 tarihleri arasında gerçekleşmiş ve bu zaman diliminde ortalama yağış sıklığı 0.73 olarak hesaplanmış, ortalama toplam yağış ise 63.4 mm. olarak ölçülmüştür. İncelelenen son parametre ise uç sıcaklık değerleri olmuştur. Her iki uç sıcaklık değeri yaz ve kış mevsimi için değelendirilmiştir. Uç sıcaklıklar hesaplanırken, eşik değeri yaklaşımı kullanılmıştır. Buna göre bir maksimum sıcaklık değerinin uç maksimum sıcaklık (Tx) olabilmesi için, 99. persentildeki maksimum sıcaklık değerinden büyük olması gerekir. Benzer yaklaşımla, bir minimum sıcaklık değerinin uç minimum sıcaklık (Tn) olabilmesi için, 1. persentile karşılık gelen minimum sıcaklık değerinden küçük olması gerekir. Yaz aylarında bütün istasyonlar için Tx görülme sıklığı %0.5 ile %0.8 arasında değişirken Tn görülme sıklığı %0.4 ile %2.0 arasında değişim göstermektedir. Kış aylarında ise, Tx görülme sıklığı %0.0 ile %1.0 arasında değişirken Tn görülme sıklığı %0.8 ile %2.4 arasında değişim göstermektedir. Atmosferik engelleme olayının kış aylarında daha fazla soğutucu etkiye sahip olduğu açıkça görülmektedir. Yaz mevsiminde, engelleme olayı en doğudaki sektörde (60o – 90 o Doğu boylamları arasında) konumlandığı zaman Tx ve Tn değerlerinin görülme sıklığı en yüksek değerde olmaktadır. Kış mevsiminde ise Tx en yüksek görülme sıklığı değerine engellemenin ortalama konumu en batıdaki sektörde (20o Batı – 0 o boylamları arasında) iken, Tn ise en doğudaki sektörde (60o – 90 o Doğu) iken sahip olmuştur. Engelleme şiddeti, yaz aylarında Tx görülme sıklığını etkilemez iken Tn görülme sıklığını artırmaktadır. Kış için ise, engelleme şiddetinin artması, en yüksek Tx ve Tn değerlerini azaltmaktadır. Yaz mevsiminde en büyük Tx ve Tn değerleri engellemenin boylamsal uzunluğu büyüdükçe artmaktadır. Kış mevsiminde ise, en büyük Tx değeri engellemenin boylamsal uzunluğu arttıkça azalırken, en büyük Tn değeri artmaktadır. Engelleme süresi yaz aylarında en büyük Tx değerini artırırken Tn için bu şekilde doğrusal bir ilişki söz konusu değildir. Yaz aylarında en büyük Tn değeri kısa süreli olaylarda görülürken en küçük Tn değeri ortalama süreli olaylarda görülmektedir. Kış mevsiminde, engelleme süresi Tx görülme sıklıklarında azalmaya sebep olurken Tn görülme sıklıklarında artmaya sebep olmaktadır.